柳州台达蓄电池总代理

柳州台达蓄电池总代理

台达蓄电池不加油、不充电、不排放尾气，唯一排放的废物是纯净水！会有这样的车存在吗？答案是肯定的！丰田Mirai就是这样一辆车。那么这一切都是如何实现的呢？

前不久台达蓄电池正式发售了燃料电池汽车Mirai（译名：未来），直接与纯电动车进行竞争。“燃料电池”这四个字想必大家或多或少都听说过，因为这是全世界科学家研究了数十年的技术，始终没有取得重大的技术突破，至少是没有谁能够拿得出成本适合消费级市场的成熟技术。

而在不到一年前，丰田就放出豪言说已经在燃料电池领域取得了技术突破，可以使车用燃料电池的成本从100万美元降到5万美元，降幅高达95%！不到一年，丰田便用Mirai兑现了豪言。虽然目前Mirai的价格约合38万人民币，但要知道这是首次投放市场的量产燃料电池车。

宇宙黑科技的由来

丰田Mirai的结构与传统的汽油车或者纯电动车都不一样，如果硬要找出一个类似的结构，可能丰田最畅销的普锐斯跟Mirai会有着一点点相似的结构吧。

Mirai的动力系统被称作TFSC（Toyota FC Stack），即丰田燃料电池堆栈，是以燃料电池堆栈为核心组件的混合动力系统。TFSC没有传统的汽油发动机，也没有变速器，发动机舱内部是电动机和电动机的控制单元。

在驾驶舱底部布置着的燃料电池堆栈是整套系统的核心，本文也将着重点笔墨来对其做出解析。在车身后桥部分放置着一个镍氢动力电池组和前后两个高压储氢罐，没错，没有油箱和大面积的锂离子电池，Mirai唯一需要消耗的“燃料”就是氢气，不用加油也不用充电，加满5公斤氢气就可以连续跑上650公里！

而为什么要在题目中说燃料电池是“宇宙黑科技”呢？那是因为氢元素是宇宙中最丰富的成分，氢元素在地球上储量也是最丰富的，而氢气在燃料电池中跟空气中的氧气结合，排出的唯一“废物”是纯净水！所以氢燃料电池一直被认为是“外星科技”，是最适合宇宙空间站或者宇宙探测器使用的备用能源之一。

燃料电池工作原理

虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以……电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。

因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。因此Mirai是纯电动车，燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。

丰田Mirai搭载的燃料电池堆栈是由370片薄片燃料电池组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114千瓦的发电功率。此前我们也分析了大众集团的燃料电池技术，结构基本类似。丰田的燃料电池堆栈经历了十几年的技术优化，形成了自己的特色结构，比如3D立体微流道技术，通过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有效改善了发电效率。所以整个堆栈的发电效率达到了世界先进水平，达到了3.1千瓦/升，比2008年丰田的技术整整提升了2.2倍。

由于燃料电池堆栈中每片电池发电的电压大约在0.6V-0.8V之间，整体也不会超过300V电压，所以为了更好驱动电动机，还需要安装一个升压器，将电压提升到650V。

700个大气压下储存氢气

一、前言

钢铁行业是国家建设和发展的重要基础，对国民经济具有重要的作用，因此钢铁行业对供电的质量也就有很高的要求。

在钢铁企业当中，主要有通讯控制设备、动力设备、信息中心等几个主要部分，下面就这几个核心部分的实际情况进行分析，并提出可靠的解决方案。

二、客户需求及分析

1、通讯控制设备

通讯控制设备应用在企业中的各个自动化生产环节，包括过程控制与监控、自动化设备、测量仪 器仪表、各种传感器、执行元件和机构、以及其他 计算机辅助系统设备等，比较典型的有PLC（可编程控制器）、DCS（分散控制系统）和工业控制计算机等装置。通讯控制设备的特点体现为数量多、分布广、应用环境复杂多样，它们能够工作正常，有赖于电源供给的质量，自动化程度越高的应用场合，对电源质量的依赖越明显。

例如PLC等装置，通常要求供电电源为50Hz、220V±10%，可以承受的中断时间小于10ms，由于设置的数据需要初始化，一旦运行则不能停止工作。实际应用中，PLC却很容易受到电源质量的影响，比如电磁干扰、零地电压高、电压过低或过高、电源中断等问题，通常都会造成PLC工作不正常，并最终导致PLC所控制的设备出现问题，影响生产进程。而在工业应用环境，电源质量问题时频繁发生的，因此，生产自动化的通讯控制设备应采用具有稳频稳压功能的在线式UPS组成具有高可靠性的UPS供电系统。

2、动力设备

钢铁生产流程的动力设备以电机负载为主，从功能上大体分为两类：

1）生产机械的动力驱动，例如轧钢机传动，恒转矩负载，工艺要求调速传动的，大多数采用直流传动或交流调速传动。采用直流传动的，需要配置直流驱动器；采用交流调速传动的，则需要配置变频器。不管是采用哪种方式传动，这些设备都会面临电源故障问题（断电、电压波动），并由此发生产品缺陷、生产设备受损甚至是生产事故，因此需要配置UPS电源保护。

2）钢铁生产流程中大量采用的供/排水泵、鼓风机和除尘风机。风机的数量多，一些风机的容量比较大，一般为中压电机（3-10Kac），常规设计为不停机运行，采用MW级供电电源；风机的励磁系统需要单独供电，由UPS提供电源保障。

3、信息中心

随着钢铁行业信息化技术的不断发展进步，钢铁企业将信息网络技术、计算机、Internet以及电子商务运用到钢铁企业的产品研发、技术改造、质量控制、供应链等各个过程，从而实现信息化，促进提高企业运作效率、降低成本、进一步提升企业竞争力。

三、供电方案建议

根据不同部分对供电可靠性的不同要求以及不同的负载性质，我们针对各个环节提出了有针对性的不同的UPS供电方案，来满足钢铁行业各环节对电源系统的高可靠性要求。

1、通讯控制设备：

铁水脱硫处理、连转、RH浊环水，转炉的加料、吹氧、出渣、除尘、水循环等各个环节都采用PLC自动控制系统，实现各个工艺环节的自动控制，电网的波动和中断会影响炼钢的质量。为了保证系统的可靠运行，必须配置UPS以提供纯净的不间断电源，推荐容量在20-100KVA。根据系统负载特点，选择台达NT系列UPS（20-500KVA）。

2、动力设备：

由于起动电机和提枪电机等设备，均属于电机类负载，其启动电流通常会达到额定电流的7-11倍，并维持数百个周波，对UPS的冲击比较厉害，UPS容易发生过流过载保护。所以要用UPS直接带电机类负载，UPS的额定功率应该是电机额定功率的7倍以上。对于一个80KW的电机，应配置80KW×7=560KW，考虑到UPS的输出功率因数为0.8，则应配置的UPS功率为：560KW÷0.8=700KVA。显然，配置这样一个过大容量的UPS系统会多出很多成本，同时又会浪费掉很多供电系统的资源，毕竟除了起动过程外，电机在正常工作过程中，工作电流非常小。

所以在现在此类负载之前增配变频器，利用变频器控制电机的启动，将启动电流限制在较小程度（1-1.25倍额定电流），这样就可以大大减小UPS的容量配比。变频器带电机的模式，则推荐容量比例UPS：变频器：电机=1.5：1.25：1。同样对于80KW的电机，需要配置80KW×1.5÷0.8=150KVA的UPS即可。

系列UPS故障案例
(1) APCSILCONDP32OE(秀康)
故障现象：UPS在试机时，开机后就跳到旁路状态并发出报警，不能带负载。
故障分析：UPS供电系统与配电系统连接如图3所示。装有外置维修旁路开关S3,其闭合时由维修旁路向负载供电。UPS输入开关S1和输出开关S2处于断开位置。

为了进一步诊断UPS故障,结合故障现象进行试开机。断开旁路开关S3,合上市电输入开关S1,按面板“C”键、“#”键改为充电,合上直流保险(F20、F21),完成操作后,UPS均正常;合上输出开关S2,带上负载,同时观察LCD面板的电流、电压及负载显示,发现显示负载快速从0%上升到53%,而输出的A相电流上升为14A,B相和C相电流均为0A;同时UPS发出报警声并转到机内旁路工作状态;故障显示为:
“bypassisoutoftolerance”
“mainsisoutoftolerance”
“mainsisoutmomentoutoftolerance”
由于UPS已出现故障并转为旁路工作状态,这时将输入开关S1断开,而UPS马上又转为蓄电池供电模式工作状态,输出电压三相均正常;此时再合上输入开关S1后,UPS内部马上发出很大的“吱啦吱啦”声(似乎是从机内底部发出);迅速关掉UPS。整个试机过程出现三个现象:
①市电工作时出现过载而转为旁路工作状态；
②断开市电开关S1时,UPS转为蓄电池供电状态,工作正常；
③此时合S1时UPS发出异常的声响。
首先认为UPS输出线路有问题,否则就不会出现显示输出A相的电流,二是认为UPS的Delta逆变器有问题,主逆变器无问题(蓄电池逆变工作模式正常)。
打开前面板后,准备检查机内逆变器模块,而手无意中接触到逆变器模块时,被电了一下,并且感觉很严重;然后用万用表测量后发现逆变器模块部件对UPS外壳有176V的电压,而外壳对别的地方无电压;可以确定UPS内部有漏电现象,并且此电压不是虚电压。而此时输入开关S1和输出开关S2都处于断开状态;初步判断为S1、S2空气开关有漏电现象。用万用表分别测量S1和S2的上下端口,果然发现空气开关S2的第一联的上下端口对地及零线排都有电压,为176V,而别的端口无电压,可以确定S2空气开关有问题。
同时联想到UPS的输出A相出现电流,而S2开关的第一联却恰恰接的是A相,可以确定问题就出现在S2上。
拆除S2开关,将其余的线缆头包扎好;再次进行开机,果然一切顺利,UPS工作正常。仔细观察此空气开关,这是一个四联的空气开关,在开关上标有连接线的记号,第一联应接零线(N)、第二、第三、第四联应接相线(L);然而在用户的配电盘上发现所有的四联空气开关的接法都是错误的:第一、第二、第三连接相线(L),第四连接零线(N);改正所有接线错误的空气开关,重新开机并且加上负载,UPS工作正常。对于四联空气开关,应正确连接零线和火线。UPS的输入空气开关及输出空气开关最好都用三联的。
FUDEN-1kVAUPS
故障现象1：一台FUDEN(双变换式1kVAUPS)交流无输出。
故障分析：检查其驱动电路板上无68V工作电压(见图4),外加交流电时,保护继电器S1和S2动作,驱动板无电。当用直流电源代替外加充电板接于驱动板时(处于直流工作状态时),UPS能工作,这说明驱动板上的主电源(驱动板上主电源用于给驱动板上其他部分供电,外接充电板与驱动板上主电源并联,以便向外接蓄电池提供大的充电电流)没工作。用万用表检查大功率器件,发现电源开关管K793损坏,更换后故障没有排除,按实物检查发现这部分电路是独立的。驱动电路的工作原理是:UR2为整流桥,C15为滤波电容,电源通过启动电阻R54加于UC3845的7脚,当UC3845启动后,正常工作电源由反馈绕组及VD29、C43、C45构成。UC3845为专用PWM脉冲产生集成电路,它的6脚输出PWM信号,加于K793的栅极。

为过流检测电阻，当K793工作电流过大时,由于R58上电压高于规定值，UC3845关闭其6脚的驱动信号，K793停振。由图4可以看出,K793击穿，R58必损坏,检查R59，R59也已损坏,更换R58、R59后故障依旧不能排除。切断驱动板主电源交流输入部分与其他交流输入部分的联系,单独给整流桥UR2加电检查驱动板主电源部分,测量C15两端有310V电压,而K793没有工作，查其栅极信号通路,发现R56、R57均损坏,更换R56、R57后还是不能工作,向前检查PWM驱动集成电路UC3845的7脚与8脚之间短路,换上新UC3845后,UPS恢复正常。故障现象2:UPS主开关置OFF位置时,接入市电,逆变指示灯亮,蜂鸣器不能鸣叫,同时机内还伴有“哒哒”的声音,将UPS主开关置于ON位置时,一切工作正常,但关主开关时不能够切断电源。故障分析:打开机壳,可以看到UPS主开关主要控制直流和交流的输入。根据故障现象分析,判断是控制交流部分的开关失灵,始终成常闭(短路)状态。断开市电,关掉主机开关,将机内蓄电池组在左端接线上的熔断器和连接线分别取下、焊开,然后再焊下主开关的四根接线(注意记住接线位置)。拆开主开关,发现其中一个开关触点焊接在了一起,可能是由于瞬间负载太大的缘故而形成点焊。分离主开关点焊了的触点,并清除触点上的黑碳,重新接好后,故障消除。如拆下开关已不能使用,可以购买一同型号开关更换。  

上图中，UPS输入采用ATS自动转换开关，由2路市电供电。正常情况下，ATS自动转换开关投掷到市电1的位置，市电1作为主输入电源，市电2作为备用输入电源，如果市电1中断，ATS自动转换开关将自动切换至市电2供电；当市电1恢复供电后，ATS自动切换由市电1供电。只有市电1和市电2都断电的情况下UPS才由电池供电。

这样，ATS双电源输入供电系统可以较少UPS电池系统的放电次数与放电时间，大大提高了系统可靠性。